Dual Stripline: Por que a regra ortogonal não é opcional

A troca que você está fazendo

A linha de faixa dupla coloca duas camadas de roteamento entre um único par de planos de referência. Normalmente, cada camada de sinal recebe seu próprio par de planos; aqui eles compartilham.

São duas camadas de cobre salvas e um ciclo de laminação com elas. Em uma placa densa e volumosa, é dinheiro real — e é por isso que a faixa dupla continua aparecendo em designs com custos reduzidos, mesmo que as pessoas reclamem da integridade do sinal.

O resmungo é justificado. Você está trocando o custo de fabricação por um problema de acoplamento, e o problema de acoplamento não desaparece com um espaçamento cuidadoso. Ele desaparece com a disciplina de roteamento ou não desaparece de jeito nenhum.

Cada camada, por si só, é apenas uma faixa deslocada

Nada exótico. A camada 1 fica a alguma distância do plano superior e mais distante do inferior. A camada 2 reflete isso. Ambas são listras compensadas, resolvidas da maneira usual.

Um ponto de modelagem é importante: aoutra camada de sinal não é uma referência. É um condutor flutuante que carrega seu próprio sinal. Tratá-lo como terra dá uma impedância otimista baixa e uma falsa sensação de que está tudo bem.

Essa suposição — outra camada está flutuando, não no chão — é exatamente o que se rompe no momento em que dois traços correm paralelamente um sobre o outro. O que nos leva ao problema real.

O número

Quando dois traços em camadas de sinal adjacentes se sobrepõem, eles se enfrentam através de um dielétrico fino comnenhum plano entre. Essa é a estrutura mais bem acoplada que você pode construir em um PCB.

Decomponha-o em modos. O modo ímpar coloca uma parede elétrica a meio caminho entre os traços. O modo uniforme coloca uma parede magnética lá, deixando cada traço referenciado principalmente ao seu próprio plano. O coeficiente de diafonia inversa sai da divisão:

Para uma geometria típica de linha dupla — espaçamento plano de 0,8 mm, camadas com 0,33 mm de distância, traços de 0,13 mm no FR4 — que fica em torno de 20% .

Vinte por cento. Um quinto da voltagem do agressor aparece na vítima.

Compare isso com o acoplamento de bordas entre vizinhos na mesma camada com espaçamento normal, que é de alguns por cento. A sobreposição lateral é uma ordem de magnitude pior, e nenhuma quantidade de espaçamento dentro da camada a atinge, porque o acoplamento não está acontecendo dentro da camada.

Aproxime as duas camadas de sinal uma da outra do que de seus aviões e ela ultrapassa 50%.

Então: roteie ortogonalmente

Uma camada horizontal, a outra vertical. Essa é a regra.

Com o roteamento ortogonal, dois traços nas duas camadas só se sobrepõem onde se cruzam — uma região com uma fração de milímetro de comprimento. O acoplamento é escalado com o comprimento acoplado, portanto, um cruzamento isolado não contribui essencialmente com nada. O valor de 20% é o pior caso para traços paralelos por uma longa distância, e o roteamento ortogonal torna essa distância zero.

Aplique isso com uma regra de design, não com a atenção do revisor. Os revisores se cansam. As regras de design não.

Onde dá errado na prática

Um par diferencial em uma camada, um relógio rápido na outra, diretamente acima. Esse é desagradável, porque a rejeição do par no modo comum não ajuda. O acoplamento lateral de um agressor sentado acima do par se acopla em ambos condutores quase igualmente — esse é o modo comum, e um receptor diferencial rejeita o ruído diferencial, não isso. Ele navega em linha reta. "Principalmente ortogonal." Uma camada que é 90% vertical com algumas longas corridas horizontais para evitar um obstáculo. Essas poucas corridas são exatamente onde o acoplamento vive. Supondo que ambas as camadas tenham a mesma impedância. Elas só coincidem se o empilhamento for simétrico. Qualquer camada que esteja mais próxima de seu plano é a de menor impedância. Se ambos precisarem atingir o mesmo alvo, use larguras de traço diferentes por camada — e coloque os dois números no desenho de fabricação, porque o fabricante não vai adivinhar.

Quando gastar o dinheiro em vez disso

Coloque um plano entre as duas camadas de sinal se:

• Você está roteando qualquer coisa com um orçamento apertado de interferência — DDR, SerDes, estroboscópios rápidos.
• Você não pode garantir a disciplina de roteamento em toda a equipe e em toda a vida útil do projeto, incluindo as mudanças Rev-C que alguém faz com pressa.
• O tabuleiro já tem camadas suficientes para que mais um par não seja o custo decisivo.

A faixa dupla é um compromisso de custo. É perfeitamente bom em projetos densos e econômicos, onde os sinais são moderados e o roteamento é disciplinado. É ruim quando você finge que o acoplamento não existe.

Verificando seu próprio empilhamento

Algumas coisas que valem a pena fazer antes de se comprometer:

• Calcule o coeficiente de acoplamento para sua geometria real, não uma genérica. Isso varia muito com a separação de camadas.
• Verifique a impedância de ambas as camadas separadamente.
• Verifique o deslocamento derivado da segunda camada. É fácil esquecer que amas espessuras de cobre vêm do orçamento de avião a avião — 70 µm em uma lacuna de 0,2 mm é um erro de 35% no lugar errado.
• Se as camadas estiverem separadas por mais da metade da lacuna do plano, trate qualquer estimativa de acoplamento de forma fechada como aproximada. É lá fora onde os modelos simples se comportam.

A calculadora de faixa dupla fornece impedância para ambas as camadas e o pior acoplamento lateral para sua geometria e avisa quando os números saem de onde o modelo é confiável.